Title: Large-scale quantum simulation and error mitigation of quantum many-body scars

Abstract: We are now at the beginning of the era of utility-scale quantum computers, where we have quantum devices with a large number of qubits, allowing us to run circuits that are becoming more and more challenging to simulate classically. Many-Body Quantum Scars are special states violating the Eigenstate Thermalization Hypothesis (ETH), and thus provide useful benchmarks for quantum simulation algorithms running on quantum hardware. In particular, these models can be used to measure the strength of (or lack of) biases exhibited by different error mitigation methods. We report on our large-scale quantum simulations of Many-Body Quantum Scar States on IBM devices, where Qedma's error mitigation technique QESEM plays a crucial role in protecting the scar states against decay due to hardware noise. We also discuss quantum simulations of an integrable model, which is another example of ETH breaking. This demonstrates that today's hardware, combined with state-of-the-art error mitigation techniques, is becoming useful for exploring quantum many-body non-equilibrium phenomena.

タイトル：量子多体傷跡の大規模量子シミュレーションとエラー軽減

アブストラクト：実用規模（utility-scale）の量子コンピュータの時代が到来しつつある現在、多数の量子ビットを備えたデバイスにおいて古典計算でのシミュレーションがますます困難な回路を実行することが可能になってきています。量子多体傷跡とは、固有状態熱化仮説（ETH）を破る特殊な状態であり、そのため、量子ハードウェア上で動作する量子シミュレーションアルゴリズムにとっても、また異なるエラー緩和手法がもたらすバイアスの測定にとっても、有用なベンチマークとなります。本発表では、IBMのデバイス上で行った量子多体傷跡の大規模量子シミュレーションについて報告します。ここでは、Qedma のエラー緩和技術 QESEMが、ハードウェアノイズに起因する量子多体傷跡の崩壊を防ぐうえで決定的な役割を果たしています。